JP2010212391A - Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device that forms a high dielectric insulation film having higher dielectric constant, and to provide a substrate processing apparatus. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor device includes step S106 to form a high dielectric insulation film on a substrate, step S110 of applying heat treatment to the high dielectric insulation film under vacuum, and a step of holding oxygen partial pressure in a space wherein the high dielectric insulation film exists, equal to or less than the partial pressure in a space wherein the high dielectric insulation film exists during the heat treatment, until the high dielectric insulation film after the heat treatment is at a room temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び基板処理装置に係り、例えばMOSFETのゲート絶縁膜やDRAMのキャパシタ絶縁膜などに用いる高誘電率絶縁膜の形成方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus, and more particularly to a method and apparatus for forming a high dielectric constant insulating film used for, for example, a gate insulating film of a MOSFET or a capacitor insulating film of a DRAM.

この種の半導体装置の製造方法において、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)デバイスのゲート絶縁膜としては、シリコン酸化膜(SiO膜)やシリコン酸窒化膜(SiON膜)などが用いられている。デバイスの高集積化及び高性能化に伴い、ゲート絶縁膜に対する薄膜化が要求されており、シリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜ではゲート絶縁膜を透過して流れてしまうリーク電流を抑制することが困難になりつつある。そこで、ゲート絶縁膜への高誘電率絶縁膜の適用が検討されている。また、DRAMのキャパシタにおいては、酸化ハフニウム膜(HfO膜)や酸化アルミニウム膜(Al膜)などの高誘電率絶縁膜が使用され、それらの誘電率はおおよそ15〜20程度のものを用いている(例えば、非特許文献1及び非特許文献2参照)。また、成膜工程と改質工程とを連続して行って、成膜工程において形成した膜中の特定元素を速やかに除去して膜を改質する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In this type of semiconductor device manufacturing method, a silicon oxide film (SiO 2 film), a silicon oxynitride film (SiON film), or the like is used as a gate insulating film of a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Effect Transistor) device. . With higher integration and higher performance of devices, it is required to reduce the thickness of the gate insulating film. In silicon oxide films and silicon oxynitride films, it is possible to suppress leakage current that flows through the gate insulating film. It is becoming difficult. Therefore, application of a high dielectric constant insulating film to the gate insulating film has been studied. In addition, in a DRAM capacitor, a high dielectric constant insulating film such as a hafnium oxide film (HfO 2 film) or an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) is used, and the dielectric constant thereof is about 15-20. (See, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). In addition, a method is known in which a film formation process and a modification process are continuously performed, and a specific element in the film formed in the film formation process is quickly removed to modify the film (for example, Patent Documents). 1).

特開2004−158811号公報JP 2004-158811 A

Y.K.Kim et al.,Symp.VLSI Tech.52,1998Y. K. Kim et al. Symp. VLSI Tech. 52, 1998 L.Kang et al.,IEEE Electron Device Lett.VOL.21,No.4,2000L. Kang et al. , IEEE Electron Device Lett. VOL. 21, no. 4,2000

しかしながら、さらなるデバイスの高集積化及び高性能化に伴い、ゲート絶縁膜トータルでの酸化膜換算膜厚(EOT:Effective Oxide Thickness)の観点から、より誘電率の高い絶縁膜が要求され、かつ、リーク電流の観点から高い誘電率と広いバンドギャップの両立が求められている。   However, with further higher integration and higher performance of devices, an insulating film with a higher dielectric constant is required from the viewpoint of the equivalent oxide thickness (EOT) of the gate insulating film, and From the viewpoint of leakage current, both a high dielectric constant and a wide band gap are required.

本発明の目的は、より高い誘電率を有する高誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus for forming a high dielectric constant insulating film having a higher dielectric constant.

本発明の一態様によれば、基板上に高誘電率絶縁膜を形成する工程と、前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施す工程と、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時に前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a step of forming a high dielectric constant insulating film on a substrate, a step of subjecting the high dielectric constant insulating film to a heat treatment under vacuum, and the high dielectric constant insulating film after the heat treatment. Until the temperature reaches room temperature, the oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists is maintained equal to or lower than the oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists during the heat treatment. A semiconductor device manufacturing method is provided.

本発明の他の態様によれば、基板上に高誘電率絶縁膜を形成する第1処理室と、基板に対し熱処理を施す第2処理室と、基板を保持する保持室と、前記第1処理室、前記第2処理室および前記保持室との間に設けられ、前記第1処理室、前記第2処理室および前記保持室との間で基板を搬送する搬送室と、前記搬送室内に設けられ基板を搬送する搬送ロボットと、基板を前記搬送ロボットにより前記第1処理室内に搬送し、前記第1処理室内で基板上に高誘電率絶縁膜を形成し、前記高誘電率絶縁膜が形成された基板を前記搬送ロボットにより前記第1処理室内から前記第2処理室内に搬送し、前記第2処理室内で前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施し、前記熱処理後の基板を前記搬送ロボットにより前記第2処理室内から前記保持室内に搬送し、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時における前記第2処理室内の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持するように制御するコントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a first processing chamber for forming a high dielectric constant insulating film on a substrate, a second processing chamber for performing a heat treatment on the substrate, a holding chamber for holding a substrate, and the first A transfer chamber provided between the processing chamber, the second processing chamber, and the holding chamber; and a transfer chamber for transferring a substrate between the first processing chamber, the second processing chamber, and the holding chamber; and the transfer chamber A transfer robot provided for transferring a substrate; and transferring the substrate into the first processing chamber by the transfer robot; forming a high dielectric constant insulating film on the substrate in the first processing chamber; The formed substrate is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber by the transfer robot, and the high dielectric constant insulating film is subjected to a heat treatment under vacuum in the second processing chamber, and the substrate after the heat treatment is performed. From the second processing chamber by the transfer robot. The oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film is present is transferred to the room until the high dielectric constant insulating film after the heat treatment reaches room temperature. There is provided a substrate processing apparatus comprising: a controller that controls to maintain the pressure equal to or less than the pressure.

本発明によれば、より高い誘電率を有する高誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and substrate processing apparatus of a semiconductor device which form the high dielectric constant insulating film which has a higher dielectric constant can be provided.

本発明の実施形態に係るMOSFETのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a gate stack forming process of a MOSFET according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るクラスタ装置を示す平面断面図である。It is a plane sectional view showing a cluster device concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る成膜装置を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the film-forming apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るRTP装置を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the RTP apparatus which concerns on embodiment of this invention. 各ステップのウエハを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the wafer of each step. 実施例及び比較例にかかるプロセスシーケンス例を示す図である。It is a figure which shows the example of a process sequence concerning an Example and a comparative example. 実施例及び比較例にかかるIn−plane XRD分析結果を示す図である。It is a figure which shows the In-plane XRD analysis result concerning an Example and a comparative example. 実施例及び比較例にかかる容量―電圧特性の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the capacity-voltage characteristic concerning an Example and a comparative example. 実施例及び比較例にかかるEOTと物理膜厚の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between EOT concerning an Example and a comparative example, and a physical film thickness.

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態であるICの製造方法におけるMOSFETのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。
図2以降は本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示している。
まず、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
FIG. 1 is a flowchart showing a MOSFET gate stack forming step in an IC manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 and subsequent figures show a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
First, a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、構造的には図2に示されているようにクラスタ装置として構成されており、機能的には、MOSFETのゲートスタック形成工程に使用されるように構成されている。なお、本実施の形態に係るクラスタ装置においては、基板としてのウエハ2を搬送するためのウエハ搬送用キャリア(基板収納容器)として、FOUP(front opening unified pod。以下、ポッドという)1が使用されている。   In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is structurally configured as a cluster apparatus as shown in FIG. 2, and is functionally used for the MOSFET gate stack forming process. It is comprised so that. In the cluster apparatus according to the present embodiment, a FOUP (front opening unified pod) 1 is used as a wafer transfer carrier (substrate storage container) for transferring a wafer 2 as a substrate. ing.

図2に示されているように、クラスタ装置10は大気圧未満の圧力(負圧)に耐える構造に構成された搬送室としての第一ウエハ移載室(以下、負圧移載室という)11を備えており、負圧移載室11の筐体(以下、負圧移載室筐体という)12は、平面視が七角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。負圧移載室11の中央部には負圧下においてウエハ2を移載する搬送ロボットとしてのウエハ移載装置(以下、負圧移載装置という)13が設置されている。負圧移載装置13はスカラ形ロボット(SCARA:selective compliance assembly robot arm)によって構成されている。   As shown in FIG. 2, the cluster apparatus 10 has a first wafer transfer chamber (hereinafter referred to as a negative pressure transfer chamber) as a transfer chamber configured to withstand a pressure (negative pressure) below atmospheric pressure. 11, a housing 12 of the negative pressure transfer chamber 11 (hereinafter referred to as a negative pressure transfer chamber housing) 12 is formed in a box shape having a heptagonal plan view and closed at both upper and lower ends. A wafer transfer device (hereinafter referred to as a negative pressure transfer device) 13 as a transfer robot for transferring the wafer 2 under a negative pressure is installed in the center of the negative pressure transfer chamber 11. The negative pressure transfer device 13 is configured by a SCARA (selective compliance assembly robot arm).

負圧移載室筐体12の7枚の側壁のうち長い側壁には、ウエハ2を保持する保持室としての搬入用予備室(以下、搬入室という)14と搬出用予備室(以下、搬出室という)15とがそれぞれ隣接して連結されている。搬入室14の筐体と搬出室15の筐体とはそれぞれ平面視が略菱形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されているとともに、負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。   Of the seven side walls of the negative pressure transfer chamber housing 12, a long side wall has a carry-in spare chamber (hereinafter referred to as a carry-in chamber) 14 as a holding chamber for holding the wafer 2 and a carry-out spare chamber (hereinafter referred to as a carry-out chamber). (Referred to as “chambers”) 15 are connected adjacently. Each of the housing of the carry-in chamber 14 and the housing of the carry-out chamber 15 is formed in a box shape with a substantially rhombus in plan view and closed at both upper and lower ends, and has a load lock chamber structure that can withstand negative pressure. .

搬入室14および搬出室15の負圧移載室11と反対側には、大気圧以上の圧力(以下、正圧という)を維持可能な構造に構成された第二ウエハ移載室(以下、正圧移載室という)16が隣接して連結されており、正圧移載室16の筐体は平面視が横長の長方形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。搬入室14と正圧移載室16との境にはゲートバルブ17Aが設置されており、搬入室14と負圧移載室11との間にはゲートバルブ17Bが設置されている。搬出室15と正圧移載室16との境にはゲートバルブ18Aが設置されており、搬出室15と負圧移載室11との間にはゲートバルブ18Bが設置されている。正圧移載室16には正圧下でウエハ2を移載する第二ウエハ移載装置(以下、正圧移載装置という)19が設置されており、正圧移載装置19はスカラ形ロボットによって構成されている。正圧移載装置19は正圧移載室16に設置されたエレベータによって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータによって左右方向に往復移動されるように構成されている。正圧移載室16の左側端部にはノッチ合わせ装置20が設置されている。   On the opposite side of the loading chamber 14 and the unloading chamber 15 from the negative pressure transfer chamber 11, a second wafer transfer chamber (hereinafter, referred to as a structure that can maintain a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure (hereinafter referred to as positive pressure)). (Referred to as a positive pressure transfer chamber) 16 are connected adjacent to each other, and the casing of the positive pressure transfer chamber 16 is formed in a box shape with a horizontally long rectangle in a plan view and closed at both upper and lower ends. A gate valve 17A is installed at the boundary between the carry-in chamber 14 and the positive pressure transfer chamber 16, and a gate valve 17B is installed between the carry-in chamber 14 and the negative pressure transfer chamber 11. A gate valve 18 </ b> A is installed at the boundary between the carry-out chamber 15 and the positive pressure transfer chamber 16, and a gate valve 18 </ b> B is installed between the carry-out chamber 15 and the negative pressure transfer chamber 11. The positive pressure transfer chamber 16 is provided with a second wafer transfer device (hereinafter referred to as a positive pressure transfer device) 19 for transferring the wafer 2 under positive pressure. The positive pressure transfer device 19 is a SCARA robot. It is constituted by. The positive pressure transfer device 19 is configured to be moved up and down by an elevator installed in the positive pressure transfer chamber 16, and is configured to be reciprocated in the left-right direction by a linear actuator. A notch aligning device 20 is installed at the left end of the positive pressure transfer chamber 16.

正圧移載室16の正面壁には三つのウエハ搬入搬出口21、22、23が、隣合わせに並べられて開設されており、これらのウエハ搬入搬出口21、22、23はウエハ2を正圧移載室16に対して搬入搬出し得るように設定されている。これらのウエハ搬入搬出口21、22、23にはポッドオープナ24がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ24はポッド1を載置する載置台25と、載置台25に載置されたポッド1のキャップを着脱するキャップ着脱機構26とを備えており、載置台25に載置されたポッド1のキャップをキャップ着脱機構26によって着脱することにより、ポッド1のウエハ出し入れ口を開閉するようになっている。ポッドオープナ24の載置台25に対してはポッド1が、図示しない工程内搬送装置(RGV)によって供給および排出されるようになっている。
Three wafer loading / unloading outlets 21, 22, and 23 are opened next to each other on the front wall of the positive pressure transfer chamber 16, and these wafer loading / unloading holes 21, 22, and 23 are used to positively move the wafer 2 forward. It is set so that it can be carried into and out of the pressure transfer chamber 16. Pod openers 24 are installed at the wafer loading / unloading exits 21, 22, and 23, respectively.
The pod opener 24 includes a mounting table 25 for mounting the pod 1 and a cap attaching / detaching mechanism 26 for mounting and removing the cap of the pod 1 mounted on the mounting table 25, and the pod 1 mounted on the mounting table 25. By attaching / detaching the cap by the cap attaching / detaching mechanism 26, the wafer loading / unloading opening of the pod 1 is opened and closed. The pod 1 is supplied to and discharged from the mounting table 25 of the pod opener 24 by an in-process transfer device (RGV) (not shown).

図2に示されているように、負圧移載室筐体12の7枚の側壁のうち正圧移載室16と反対側に位置する3枚の側壁には、第一処理ユニット31と第二処理ユニット32と第三処理ユニット33とがそれぞれ隣接して連結されている。第一処理ユニット31と負圧移載室11との間にはゲートバルブ44が設置されている。第二処理ユニット32と負圧移載室11との間にはゲートバルブ82が設置されている。第三処理ユニット33と負圧移載室11との間にはゲートバルブ118が設置されている。また、負圧移載室筐体12における7枚の側壁のうちの他の2枚の側壁には、第一クーリングユニット35と、第二クーリングユニット36とがそれぞれ連結されており、第一クーリングユニット35および第二クーリングユニット36はいずれも処理済みのウエハ2を冷却するように構成されている。   As shown in FIG. 2, among the seven side walls of the negative pressure transfer chamber housing 12, three side walls located on the side opposite to the positive pressure transfer chamber 16 are provided with the first processing unit 31. The second processing unit 32 and the third processing unit 33 are connected adjacently. A gate valve 44 is installed between the first processing unit 31 and the negative pressure transfer chamber 11. A gate valve 82 is installed between the second processing unit 32 and the negative pressure transfer chamber 11. A gate valve 118 is installed between the third processing unit 33 and the negative pressure transfer chamber 11. Further, the other two side walls of the seven side walls in the negative pressure transfer chamber housing 12 are connected to the first cooling unit 35 and the second cooling unit 36, respectively. The unit 35 and the second cooling unit 36 are both configured to cool the processed wafer 2.

クラスタ装置10は後述するシーケンスフローを統括的に制御するためのコントローラ37を備えている。   The cluster apparatus 10 includes a controller 37 for comprehensively controlling a sequence flow to be described later.

次に、前記構成に係るクラスタ装置10を使用して、図1に示されたゲートスタック形成工程を実施する場合について説明する。なお、ここでは第二処理ユニット32は用いず、第一処理ユニット31と第三処理ユニット33を用いて処理する例について説明する。   Next, a case where the gate stack forming process shown in FIG. 1 is performed using the cluster apparatus 10 having the above-described configuration will be described. Here, an example of processing using the first processing unit 31 and the third processing unit 33 without using the second processing unit 32 will be described.

図1に示されたウエハ投入ステップS100においては、クラスタ装置10の載置台25に供給されたポッド1のキャップが、キャップ着脱機構26によって取り外され、ポッド1のウエハ出し入れ口が開放される。ポッド1が開放されると、正圧移載室16に設置された正圧移載装置19はウエハ搬入搬出口を通してポッド1からウエハ2を1枚ずつピックアップし、搬入室14に投入し、ウエハ2を搬入室用仮置き台に移載して行く。この移載作業中には、搬入室14の正圧移載室16側はゲートバルブ17Aによって開かれており、また、搬入室14の負圧移載室11側はゲートバルブ17Bによって閉じられており、負圧移載室11内の圧力は、例えば、100Paに維持されている。   In the wafer loading step S100 shown in FIG. 1, the cap of the pod 1 supplied to the mounting table 25 of the cluster apparatus 10 is removed by the cap attaching / detaching mechanism 26, and the wafer loading / unloading port of the pod 1 is opened. When the pod 1 is opened, the positive pressure transfer device 19 installed in the positive pressure transfer chamber 16 picks up the wafers 2 one by one from the pod 1 through the wafer carry-in / out port, and puts them into the carry-in chamber 14. 2 is transferred to the temporary storage table for the loading room. During this transfer operation, the positive pressure transfer chamber 16 side of the carry-in chamber 14 is opened by the gate valve 17A, and the negative pressure transfer chamber 11 side of the carry-in chamber 14 is closed by the gate valve 17B. The pressure in the negative pressure transfer chamber 11 is maintained at 100 Pa, for example.

図1に示されたウエハローディングステップS102においては、搬入室14の正圧移載室16側がゲートバルブ17Aによって閉じられ、搬入室14が排気装置(図示せず)によって負圧に排気される。搬入室14内が予め設定された圧力値に減圧されると、搬入室14の負圧移載室11側がゲートバルブ17Bによって開かれる。次に、負圧移載室11の負圧移載装置13は搬入室用仮置き台からウエハ2を1枚ずつピックアップして負圧移載室11に搬入する。その後、搬入室14の負圧移載室11側がゲートバルブ17Bによって閉じられる。続いて、第一処理ユニット31のゲートバルブ44が開かれ、負圧移載装置13はウエハ2を、図1に示された界面層形成ステップおよび高誘電率絶縁膜形成ステップを実施する第一処理ユニット31に搬送して、第一処理ユニット31の処理室へ搬入(ウエハローディング)する。なお、ウエハの第一処理ユニット31への搬入に際しては、搬入室14および負圧移載室11が真空排気されることによって内部の酸素や水分が予め除去されているため、外部の酸素や水分がウエハの第一処理ユニット31への搬入に伴って第一処理ユニット31の処理室に侵入することは確実に防止される。   In the wafer loading step S102 shown in FIG. 1, the positive pressure transfer chamber 16 side of the carry-in chamber 14 is closed by the gate valve 17A, and the carry-in chamber 14 is exhausted to a negative pressure by an exhaust device (not shown). When the inside of the carry-in chamber 14 is depressurized to a preset pressure value, the negative pressure transfer chamber 11 side of the carry-in chamber 14 is opened by the gate valve 17B. Next, the negative pressure transfer device 13 in the negative pressure transfer chamber 11 picks up the wafers 2 one by one from the temporary placement table for the carry-in chamber and loads them into the negative pressure transfer chamber 11. Thereafter, the negative pressure transfer chamber 11 side of the carry-in chamber 14 is closed by the gate valve 17B. Subsequently, the gate valve 44 of the first processing unit 31 is opened, and the negative pressure transfer device 13 performs the interface layer forming step and the high dielectric constant insulating film forming step shown in FIG. The wafer is transferred to the processing unit 31 and loaded into the processing chamber of the first processing unit 31 (wafer loading). Note that when the wafer is loaded into the first processing unit 31, the loading chamber 14 and the negative pressure transfer chamber 11 are evacuated to remove internal oxygen and moisture in advance. Is reliably prevented from entering the processing chamber of the first processing unit 31 when the wafer is carried into the first processing unit 31.

本実施の形態においては、第一処理ユニット31は、構造的には図3に示されているように、枚葉式ウォームウオール形基板処理装置として構成されており、機能的にはALD(Atomic Layer Deposition)装置またはサイクリックCVD装置(以下、成膜装置という)40として構成されている。図3に示されているように、成膜装置40は第1処理室としての処理室41を形成する筐体42を備えている。筐体42の負圧移載室11との境にはウエハ搬入搬出口43が開設されており、ウエハ搬入搬出口43はゲートバルブ44によって開閉されるように構成されている。筐体42により形成される処理室41内には、ウエハ2を支持する支持台45が設けられている。支持台45の上部にはウエハ2を支持するサセプタ46が設けられている。支持台45の内部にはヒータ47が設けられている。ヒータ47はサセプタ46上に載置されるウエハ2を加熱する。ヒータ47はウエハ2の温度が所定の温度となるように温度制御部(温度制御手段)としての温度コントローラ48により制御される。処理室41の外部には回転機構(回転手段)49が設けられている。回転機構49は処理室41内の支持台45を回転させてサセプタ46上のウエハ2を回転させる。処理室41の外部には昇降機構(昇降手段)50が設けられている。昇降機構50は支持台45を処理室41内において昇降させる。   In the present embodiment, the first processing unit 31 is structurally configured as a single wafer type warm wall type substrate processing apparatus as shown in FIG. 3, and functionally, it is an ALD (Atomic). It is configured as a Layer Deposition apparatus or a cyclic CVD apparatus (hereinafter referred to as a film forming apparatus) 40. As shown in FIG. 3, the film forming apparatus 40 includes a casing 42 that forms a processing chamber 41 as a first processing chamber. A wafer loading / unloading port 43 is opened at the boundary between the housing 42 and the negative pressure transfer chamber 11, and the wafer loading / unloading port 43 is configured to be opened and closed by a gate valve 44. A support base 45 for supporting the wafer 2 is provided in the processing chamber 41 formed by the housing 42. A susceptor 46 that supports the wafer 2 is provided on the upper portion of the support base 45. A heater 47 is provided inside the support base 45. The heater 47 heats the wafer 2 placed on the susceptor 46. The heater 47 is controlled by a temperature controller 48 as a temperature control unit (temperature control means) so that the temperature of the wafer 2 becomes a predetermined temperature. A rotation mechanism (rotation means) 49 is provided outside the processing chamber 41. The rotation mechanism 49 rotates the support base 45 in the processing chamber 41 to rotate the wafer 2 on the susceptor 46. An elevating mechanism (elevating means) 50 is provided outside the processing chamber 41. The elevating mechanism 50 moves the support base 45 up and down in the processing chamber 41.

処理室41の上部にはガスをシャワー状に噴出するシャワーヘッド51が設けられており、シャワーヘッド51はサセプタ46と対向するように設けられている。シャワーヘッド51は分散板51aとシャワー板51bとを有する。分散板51aは不図示の多数個のガス噴出口51fを有し、内部に供給されたガスを分散させる。シャワー板51bは不図示の多数個のガス噴出口51eを有し、分散板51aにより分散されたガスを処理室41内へシャワー状に噴出させる。シャワーヘッド51の天井部と分散板51aとの間には、第一バッファ空間51cが設けられており、分散板51aとシャワー板51bとの間には第二バッファ空間51dが設けられている。   A shower head 51 that ejects gas in a shower shape is provided in the upper part of the processing chamber 41, and the shower head 51 is provided to face the susceptor 46. The shower head 51 includes a dispersion plate 51a and a shower plate 51b. The dispersion plate 51a has a large number of gas ejection ports 51f (not shown), and disperses the gas supplied to the inside. The shower plate 51b has a large number of gas ejection ports 51e (not shown), and the gas dispersed by the dispersion plate 51a is ejected into the processing chamber 41 in a shower shape. A first buffer space 51c is provided between the ceiling of the shower head 51 and the dispersion plate 51a, and a second buffer space 51d is provided between the dispersion plate 51a and the shower plate 51b.

処理室41の外部には、液体原料である第一原料を供給する第一原料供給源52aと、液体原料である第二原料を供給する第二原料供給源52dとが設けられている。第一原料供給源52aには第一液体原料供給管53aが接続されており、第二原料供給源52dには第二液体原料供給管53dが接続されている。第一液体原料供給管53aおよび第二液体原料供給管53dはそれぞれ、原料の液体供給流量を制御する流量制御装置(流量制御手段)としての液体流量コントローラ(液体マスフローコントローラ)54a、54dを介して、原料を気化する気化器55a、55dに接続されている。気化器55a、55dには第一原料ガス供給管56a、第二原料ガス供給管56dがそれぞれ接続されており、第一原料ガス供給管56a、第二原料ガス供給管56dはバルブ57a、57dを介してシャワーヘッド51にそれぞれ接続されている。   Outside the processing chamber 41, a first raw material supply source 52a that supplies a first raw material that is a liquid raw material and a second raw material supply source 52d that supplies a second raw material that is a liquid raw material are provided. A first liquid source supply pipe 53a is connected to the first source supply source 52a, and a second liquid source supply pipe 53d is connected to the second source supply source 52d. The first liquid raw material supply pipe 53a and the second liquid raw material supply pipe 53d are respectively connected via liquid flow rate controllers (liquid mass flow controllers) 54a and 54d as flow rate control devices (flow rate control means) for controlling the liquid supply flow rate of the raw material. The vaporizers 55a and 55d for vaporizing the raw material are connected. A first source gas supply pipe 56a and a second source gas supply pipe 56d are connected to the vaporizers 55a and 55d, respectively. The first source gas supply pipe 56a and the second source gas supply pipe 56d are connected to valves 57a and 57d, respectively. To the shower head 51.

また、処理室41の外部には不活性ガス供給源52cが設けられており、不活性ガス供給源52cは非反応性ガスとしての不活性ガスを供給する。不活性ガス供給源52cには不活性ガス供給管53cが接続されており、不活性ガス供給管53cの途中には不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置(流量制御手段)としてのガス流量コントローラ(マスフローコントローラ)54cが設けられている。不活性ガス供給管53cはガス流量コントローラ54cよりも下流側で二つの供給管に分岐している。分岐した一方の供給管はバルブ57cを介して第一原料ガス供給管56aに接続され、分岐した他方の供給管はバルブ57eを介して第二原料ガス供給管56dに接続されている。不活性ガスとしては、例えば、Ar、He、Nを用いる。 An inert gas supply source 52c is provided outside the processing chamber 41, and the inert gas supply source 52c supplies an inert gas as a non-reactive gas. An inert gas supply pipe 53c is connected to the inert gas supply source 52c, and a gas as a flow rate control device (flow rate control means) for controlling the supply flow rate of the inert gas is provided in the middle of the inert gas supply pipe 53c. A flow rate controller (mass flow controller) 54c is provided. The inert gas supply pipe 53c branches into two supply pipes downstream of the gas flow rate controller 54c. One branched supply pipe is connected to the first source gas supply pipe 56a via a valve 57c, and the other branched supply pipe is connected to the second source gas supply pipe 56d via a valve 57e. For example, Ar, He, or N 2 is used as the inert gas.

第一原料ガス供給管56aでは、気化器55aにて第一原料を気化して得た第一原料ガスと、不活性ガス供給管53cからの不活性ガスとが混合される。第二原料ガス供給管56dでは、気化器55dにて第二原料を気化して得た第二原料ガスと、不活性ガス供給管53cからの不活性ガスとが混合される。混合されたガスは第一原料ガス供給管56aおよび第二原料ガス供給管56dからシャワーヘッド51の第一バッファ空間51cにそれぞれ供給される。第一原料ガス供給管56a、第二原料ガス供給管56d、不活性ガス供給管53cにそれぞれ設けられたバルブ57a、57d、57c、57eは開閉することにより、それぞれのガスの供給を制御する。   In the first raw material gas supply pipe 56a, the first raw material gas obtained by vaporizing the first raw material in the vaporizer 55a and the inert gas from the inert gas supply pipe 53c are mixed. In the second source gas supply pipe 56d, the second source gas obtained by vaporizing the second source in the vaporizer 55d and the inert gas from the inert gas supply pipe 53c are mixed. The mixed gas is supplied from the first source gas supply pipe 56a and the second source gas supply pipe 56d to the first buffer space 51c of the shower head 51, respectively. Valves 57a, 57d, 57c, and 57e provided in the first source gas supply pipe 56a, the second source gas supply pipe 56d, and the inert gas supply pipe 53c are opened and closed to control the supply of the respective gases.

処理室41の外部にはオゾナイザ58が設けられており、オゾナイザ58は酸素ガス(O)からオゾンガス(O)を生成する。オゾナイザ58の上流側には酸素ガス供給管53bが設けられており、酸素ガス供給管53bには酸素ガス供給源52bが接続されている。酸素ガス供給源52bは酸素ガスをオゾナイザ58に酸素ガス供給管53bを介して供給する。酸素ガス供給管53bには酸素ガスの供給流量を制御するガス流量コントローラ54bとバルブ57bとが設けられている。バルブ57bは開閉することにより、酸素ガスの供給を制御する。オゾナイザ58の下流側にはオゾンガス供給管59bが設けられており、オゾンガス供給管59bはバルブ60bを介してシャワーヘッド51に接続されている。オゾンガス供給管59bはオゾナイザ58によって生成されたオゾンガスをシャワーヘッド51の第一バッファ空間51cに供給する。バルブ60bを開閉することにより、オゾンガスの供給を制御する。なお、オゾナイザ58の代わりに水蒸気発生器を設け、酸化剤としてオゾン(O)ガスの代わりに水蒸気(HO)を用いるようにしてもよい。 An ozonizer 58 is provided outside the processing chamber 41, and the ozonizer 58 generates ozone gas (O 3 ) from oxygen gas (O 2 ). An oxygen gas supply pipe 53b is provided on the upstream side of the ozonizer 58, and an oxygen gas supply source 52b is connected to the oxygen gas supply pipe 53b. The oxygen gas supply source 52b supplies oxygen gas to the ozonizer 58 through the oxygen gas supply pipe 53b. The oxygen gas supply pipe 53b is provided with a gas flow rate controller 54b and a valve 57b for controlling the supply flow rate of oxygen gas. The valve 57b is opened and closed to control the supply of oxygen gas. An ozone gas supply pipe 59b is provided on the downstream side of the ozonizer 58, and the ozone gas supply pipe 59b is connected to the shower head 51 via a valve 60b. The ozone gas supply pipe 59 b supplies the ozone gas generated by the ozonizer 58 to the first buffer space 51 c of the shower head 51. The supply of ozone gas is controlled by opening and closing the valve 60b. A steam generator may be provided in place of the ozonizer 58, and steam (H 2 O) may be used as the oxidant instead of ozone (O 3 ) gas.

筐体42の下部側壁には排気口61が設けられており、排気口61には排気管62の一端が接続されている。排気管62の他端は排気装置(排気手段)としての真空ポンプ63および除害装置(図示せず)に接続されている。排気口61および排気管62で排気系が構成されている。排気管62には圧力制御部(圧力制御手段)としての圧力コントローラ64と、原料回収トラップ65とが設けられている。圧力コントローラ64は処理室41内の圧力を制御する。原料回収トラップ65は原料を回収する。   An exhaust port 61 is provided in the lower side wall of the housing 42, and one end of an exhaust pipe 62 is connected to the exhaust port 61. The other end of the exhaust pipe 62 is connected to a vacuum pump 63 as an exhaust device (exhaust means) and an abatement device (not shown). An exhaust system is constituted by the exhaust port 61 and the exhaust pipe 62. The exhaust pipe 62 is provided with a pressure controller 64 as a pressure control unit (pressure control means) and a raw material recovery trap 65. The pressure controller 64 controls the pressure in the processing chamber 41. The raw material recovery trap 65 recovers the raw material.

第一原料ガス供給管56aと第二原料ガス供給管56dとオゾンガス供給管59bとには、原料回収トラップ65に接続された第一原料ガスバイパス管(ベント管)66aと、第二原料ガスバイパス管(ベント管)66cと、オゾンガスバイパス管(ベント管)66bとがそれぞれ設けられている。バイパス管66a、66c、66bには、バルブ67a、67c、67bがそれぞれ設けられている。   The first source gas supply pipe 56a, the second source gas supply pipe 56d, and the ozone gas supply pipe 59b include a first source gas bypass pipe (vent pipe) 66a connected to the source recovery trap 65, and a second source gas bypass. A tube (vent tube) 66c and an ozone gas bypass tube (vent tube) 66b are provided. Valves 67a, 67c, and 67b are provided in the bypass pipes 66a, 66c, and 66b, respectively.

処理室41内の支持台45上には整流板としてのプレート68が設けられており、プレート68はシャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを介して供給されたガスの流れを調整する。プレート68は円環(リング)形状であり、ウエハ2の周囲に位置する。シャワーヘッド51を介してウエハ2に供給されたガスはウエハ2の径方向外方に向かって流れ、プレート68上を通り、プレート68と筐体42の側壁(内壁)との間を通り、排気口61より排気される。   A plate 68 as a rectifying plate is provided on the support base 45 in the processing chamber 41. The plate 68 includes a first buffer space 51c, a dispersion plate 51a, a second buffer space 51d, and a shower plate 51b of the shower head 51. The flow of gas supplied through the The plate 68 has a ring shape and is located around the wafer 2. The gas supplied to the wafer 2 via the shower head 51 flows radially outward of the wafer 2, passes over the plate 68, passes between the plate 68 and the side wall (inner wall) of the housing 42, and exhausts. The air is exhausted from the port 61.

バルブ57a〜67c、流量コントローラ54a〜54d、温度コントローラ48、圧力コントローラ64、気化器55a、55d、オゾナイザ58、回転機構49、昇降機構50の制御は、主制御部(主制御手段)としてのメインコントローラ69が行う。なお、メインコントローラ69の制御は、コントローラ37により行う。   Control of the valves 57a to 67c, flow rate controllers 54a to 54d, temperature controller 48, pressure controller 64, vaporizers 55a and 55d, ozonizer 58, rotation mechanism 49, and lifting mechanism 50 is the main control unit (main control means). Performed by the controller 69. The main controller 69 is controlled by the controller 37.

次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として行う図1に示された界面層形成ステップS104および高誘電率絶縁膜形成ステップS106を、成膜装置40を使用して高誘電率膜であるハフニウムアルミネート(HfAlO)膜をALD法、または、サイクリックCVD法によってウエハ2上に成膜する場合について説明する。なお、以下の説明において、成膜装置40を構成する各部の動作はメインコントローラ69により制御される。   Next, the interface layer forming step S104 and the high dielectric constant insulating film forming step S106 shown in FIG. 1 performed as one step of the semiconductor device manufacturing process are performed using the film forming apparatus 40 to form hafnium which is a high dielectric constant film. A case where an aluminate (HfAlO) film is formed on the wafer 2 by the ALD method or the cyclic CVD method will be described. In the following description, the operation of each part constituting the film forming apparatus 40 is controlled by the main controller 69.

ここで、高誘電率膜が形成される前のウエハ2の構造は、図5(a)に示されているようになっている。すなわち、シリコンウエハ2には素子分離領域3が形成されており、この素子分離領域3で分離された活性領域にはPウエル領域4とNウエル領域5とが形成されている。   Here, the structure of the wafer 2 before the high dielectric constant film is formed is as shown in FIG. That is, the element isolation region 3 is formed in the silicon wafer 2, and the P well region 4 and the N well region 5 are formed in the active region isolated by the element isolation region 3.

本実施形態では、ハフニウム系プリカーサとしては、TDMAHf(Hf[N(CH)を使用し、アルミニウム系プリカーサとしては、TMA(Al(CH)を使用して、これらの原料を気化器で気化して得た原料ガスを用いる例について説明する。 In this embodiment, TDMAHf (Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 ) is used as the hafnium-based precursor, and TMA (Al (CH 3 ) 3 ) is used as the aluminum-based precursor. An example using raw material gas obtained by vaporizing the raw material with a vaporizer will be described.

図3において、支持台45がウエハ搬送位置まで下降した状態で、ゲートバルブ44が開かれ、ウエハ搬入搬出口43が開放されると、ウエハ2が処理室41内に負圧移載装置13により搬入される(ウエハ搬入ステップ)。ウエハ2が処理室41内に搬入され、図示しない突き上げピン上に載置された後、ゲートバルブ44が閉じられる。支持台45がウエハ搬送位置からそれよりも上方のウエハ処理位置まで上昇する。その間に、ウエハ2は突き上げピン上からサセプタ46上に載置される(ウエハ載置ステップ)。   In FIG. 3, when the gate valve 44 is opened and the wafer loading / unloading port 43 is opened while the support 45 is lowered to the wafer transfer position, the wafer 2 is moved into the processing chamber 41 by the negative pressure transfer device 13. Carry in (wafer carry-in step). After the wafer 2 is loaded into the processing chamber 41 and placed on push-up pins (not shown), the gate valve 44 is closed. The support base 45 rises from the wafer transfer position to a wafer processing position above it. Meanwhile, the wafer 2 is placed on the susceptor 46 from the push-up pins (wafer placing step).

支持台45がウエハ処理位置に到達すると、ウエハ2は回転機構49により回転される。また、ヒータ47に電力が供給されることにより、ウエハ2は所定の処理温度となるように均一に加熱される(ウエハ昇温ステップ)。同時に、処理室41内は真空ポンプ63により排気され、所定の処理圧力となるように制御される(圧力調整ステップ)。なお、ウエハ搬送時やウエハ昇温時や圧力調整時においては、不活性ガス供給管53cに設けられたバルブ57c、57eは常時開いた状態とされ、不活性ガス供給源52cより処理室41内に不活性ガスが常に流される。これにより、パーティクルや金属汚染物のウエハ2への付着を防ぐことができる。   When the support table 45 reaches the wafer processing position, the wafer 2 is rotated by the rotation mechanism 49. Further, by supplying electric power to the heater 47, the wafer 2 is uniformly heated to a predetermined processing temperature (wafer heating step). At the same time, the inside of the processing chamber 41 is evacuated by the vacuum pump 63 and controlled so as to reach a predetermined processing pressure (pressure adjustment step). Note that the valves 57c and 57e provided in the inert gas supply pipe 53c are always open during wafer transfer, wafer temperature rise, and pressure adjustment, and the inside of the processing chamber 41 is supplied from the inert gas supply source 52c. An inert gas is always flowed into the tank. Thereby, adhesion of particles and metal contaminants to the wafer 2 can be prevented.

まず、界面層形成ステップS104について説明する。
処理室41内の圧力が所定の処理圧力に到達して安定すると、処理室41内にオゾンガスが供給される。すなわち、バルブ57bが開かれると、酸素ガス供給源52bから供給された酸素ガスが酸素ガス供給管53bを通り、ガス流量コントローラ54bで流量制御されてオゾナイザ58へ供給される。オゾナイザ58はオゾンガスを生成する。オゾンガスが生成された後に、バルブ67bが閉じられると共に、バルブ60bが開かれると、生成されたオゾンガスがオゾナイザ58からオゾンガス供給管59bを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを介してウエハ2上へシャワー状に供給される。ウエハ2に対して供給されたオゾンガスは排気管62より排気される。オゾンガスがウエハ2表面に接触することにより、図5(b)に示されているように、ウエハ2表面に極薄い界面層としてのシリコン酸化膜(SiO膜)6が形成される(界面層形成ステップ)。なお、このときオゾン(O)ガスの代わりに水蒸気(HO)を用いるようにしてもよい。
First, the interface layer forming step S104 will be described.
When the pressure in the processing chamber 41 reaches a predetermined processing pressure and stabilizes, ozone gas is supplied into the processing chamber 41. That is, when the valve 57b is opened, the oxygen gas supplied from the oxygen gas supply source 52b passes through the oxygen gas supply pipe 53b, and the flow rate is controlled by the gas flow rate controller 54b to be supplied to the ozonizer 58. The ozonizer 58 generates ozone gas. When the valve 67b is closed after the ozone gas is generated and the valve 60b is opened, the generated ozone gas passes from the ozonizer 58 through the ozone gas supply pipe 59b, and the first buffer space 51c of the shower head 51, the dispersion plate 51a, It is supplied in a shower form onto the wafer 2 via the second buffer space 51d and the shower plate 51b. The ozone gas supplied to the wafer 2 is exhausted from the exhaust pipe 62. When the ozone gas comes into contact with the surface of the wafer 2, as shown in FIG. 5B, a silicon oxide film (SiO 2 film) 6 as an extremely thin interface layer is formed on the surface of the wafer 2 (interface layer). Forming step). At this time, water vapor (H 2 O) may be used instead of ozone (O 3 ) gas.

オゾンガスの供給が所定時間行われ、界面層としてのシリコン酸化膜6が形成された後に、バルブ60bが閉じられ、オゾンガスのウエハ2への供給が停止される。このときも、バルブ57c、57eは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。   After supplying ozone gas for a predetermined time and forming the silicon oxide film 6 as an interface layer, the valve 60b is closed and supply of ozone gas to the wafer 2 is stopped. Also at this time, since the valves 57c and 57e remain open, the supply of the inert gas into the processing chamber 41 is maintained. The inert gas supplied to the processing chamber 41 is exhausted from the exhaust pipe 62. Thereby, the inside of the processing chamber 41 is purged with the inert gas, and the residual gas in the processing chamber 41 is removed (purge step).

処理室41内のパージが所定時間行われ、ウエハ2の温度や処理室41内の圧力がそれぞれ、所定の処理温度や所定の処理圧力に到達して安定した後に、高誘電率絶縁膜形成ステップS106が行われる。   After the purge in the processing chamber 41 is performed for a predetermined time and the temperature of the wafer 2 and the pressure in the processing chamber 41 reach a predetermined processing temperature and a predetermined processing pressure and stabilize, respectively, a high dielectric constant insulating film forming step S106 is performed.

次に、高誘電率絶縁膜形成ステップS106について説明する。
ウエハ2表面に界面層としてのシリコン酸化膜6が形成された後に、ウエハ2の温度や処理室41内の圧力がそれぞれ、所定の成膜温度や所定の成膜圧力に到達して安定すると、処理室41内に第一原料ガスが供給される。すなわち、第一原料供給源52aから供給された第一原料としての有機金属液体原料、例えば、TDMAHfが第一液体原料供給管53aを通り、液体流量コントローラ54aで流量制御され、気化器55aへ供給される。気化器55aは第一原料を気化させる。バルブ67aが閉じられると共に、バルブ57aが開かれると、第一原料が気化した第一原料ガスは第一原料ガス供給管56aを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。このときも、バルブ57c、57eは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に流される。第一原料ガスと不活性ガスとは第一原料ガス供給管56a内で混合されてシャワーヘッド51に導かれ、第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してサセプタ46上のウエハ2上へシャワー状に供給される(第一原料ガス供給ステップ)。ウエハ2に対して供給された第一原料ガスは、排気管62より排気される。なお、第一原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌され易くなる。
Next, the high dielectric constant insulating film forming step S106 will be described.
After the silicon oxide film 6 as the interface layer is formed on the surface of the wafer 2, when the temperature of the wafer 2 and the pressure in the processing chamber 41 reach a predetermined film formation temperature and a predetermined film formation pressure, respectively, A first source gas is supplied into the processing chamber 41. That is, the organometallic liquid raw material, for example, TDMAHf supplied from the first raw material supply source 52a passes through the first liquid raw material supply pipe 53a, the flow rate is controlled by the liquid flow rate controller 54a, and the vaporized material 55a is supplied. Is done. The vaporizer 55a vaporizes the first raw material. When the valve 67a is closed and the valve 57a is opened, the first source gas vaporized by the first source passes through the first source gas supply pipe 56a, passes through the first buffer space 51c of the shower head 51, the dispersion plate 51a, the second source gas. It is supplied onto the wafer 2 via the two buffer space 51d and the shower plate 51b. At this time as well, the valves 57c and 57e remain open, and an inert gas is always flowed into the processing chamber 41. The first source gas and the inert gas are mixed in the first source gas supply pipe 56a and guided to the shower head 51, and pass through the first buffer space 51c, the dispersion plate 51a, the second buffer space 51d, and the shower plate 51b. Then, it is supplied as a shower onto the wafer 2 on the susceptor 46 (first source gas supply step). The first source gas supplied to the wafer 2 is exhausted from the exhaust pipe 62. The first source gas is easily stirred by being diluted with an inert gas.

第一原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ57aが閉じられ、第一原料ガスのウエハ2への供給が停止される。このときも、バルブ57c、57eは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。   After supplying the first source gas for a predetermined time, the valve 57a is closed, and the supply of the first source gas to the wafer 2 is stopped. Also at this time, since the valves 57c and 57e remain open, the supply of the inert gas into the processing chamber 41 is maintained. The inert gas supplied to the processing chamber 41 is exhausted from the exhaust pipe 62. Thereby, the inside of the processing chamber 41 is purged with the inert gas, and the residual gas in the processing chamber 41 is removed (purge step).

処理室41内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、処理室41内に第二原料ガスが供給される。すなわち、第二原料供給源52dから供給された第二原料としての有機金属液体原料、例えば、TMAが第二液体原料供給管53dを通り、液体流量コントローラ54dで流量制御され、気化器55dへ供給される。気化器55dは第二原料を気化させる。バルブ67cが閉じられると共に、バルブ57dが開かれると、気化した第二原料ガスは第二原料ガス供給管56dを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51dおよびシャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。このときも、バルブ57e、57cは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に流される。第二原料ガスと不活性ガスとは第二原料ガス供給管56d内で混合されてシャワーヘッド51に導かれ、第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してサセプタ46上のウエハ2上へシャワー状に供給される(第二原料ガス供給ステップ)。ウエハ2に対して供給された第二原料ガスは、排気管62より排気される。なお、第二原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌され易くなる。   After the residual gas purge in the processing chamber 41 is performed for a predetermined time, the second source gas is supplied into the processing chamber 41. That is, the organometallic liquid raw material, for example, TMA supplied from the second raw material supply source 52d passes through the second liquid raw material supply pipe 53d, the flow rate is controlled by the liquid flow rate controller 54d, and the vaporized material 55d is supplied. Is done. The vaporizer 55d vaporizes the second raw material. When the valve 67c is closed and the valve 57d is opened, the vaporized second source gas passes through the second source gas supply pipe 56d and passes through the first buffer space 51c, the dispersion plate 51a, and the second buffer space 51d of the shower head 51. And supplied onto the wafer 2 via the shower plate 51b. Also at this time, the valves 57e and 57c are kept open, and an inert gas is always flowed into the processing chamber 41. The second source gas and the inert gas are mixed in the second source gas supply pipe 56d and guided to the shower head 51, and pass through the first buffer space 51c, the dispersion plate 51a, the second buffer space 51d, and the shower plate 51b. Then, it is supplied as a shower onto the wafer 2 on the susceptor 46 (second source gas supply step). The second source gas supplied to the wafer 2 is exhausted from the exhaust pipe 62. The second source gas is easily stirred by being diluted with an inert gas.

第二原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ57dが閉じられ、第二原料ガスのウエハ2への供給が停止される。このときも、バルブ57e、57cは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。   After the second source gas is supplied for a predetermined time, the valve 57d is closed and the supply of the second source gas to the wafer 2 is stopped. Also at this time, since the valves 57e and 57c remain open, the supply of the inert gas into the processing chamber 41 is maintained. The inert gas supplied to the processing chamber 41 is exhausted from the exhaust pipe 62. Thereby, the inside of the processing chamber 41 is purged with the inert gas, and the residual gas in the processing chamber 41 is removed (purge step).

処理室41内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、処理室41内に酸化剤としてのオゾンガスが供給される。すなわち、前述のように、オゾナイザ58からのオゾンガスの供給を停止することなく処理室41をバイパスするように流しておいた状態で、バルブ67bが閉じられると共に、バルブ60bが開かれると、生成されたオゾンガスがオゾナイザ58からオゾンガス供給管59bを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へシャワー状に供給される(酸化剤供給ステップ)。ウエハ2に対して供給されたオゾンガスは排気管62より排気される。なお、このときも、バルブ57c、57eは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に供給される。なお、酸化剤としては、オゾン(O)ガスの代わりに水蒸気(HO)を用いるようにしてもよい。 After purging the residual gas in the processing chamber 41 for a predetermined time, ozone gas as an oxidant is supplied into the processing chamber 41. That is, as described above, when the valve 67b is closed and the valve 60b is opened while the supply of the ozone gas from the ozonizer 58 is stopped without stopping the supply of the processing chamber 41, it is generated. The ozone gas passes from the ozonizer 58 through the ozone gas supply pipe 59b, and is supplied in a shower form onto the wafer 2 via the first buffer space 51c, the dispersion plate 51a, the second buffer space 51d, and the shower plate 51b of the shower head 51. (Oxidant supply step). The ozone gas supplied to the wafer 2 is exhausted from the exhaust pipe 62. At this time, the valves 57c and 57e are kept open, and an inert gas is always supplied into the processing chamber 41. As the oxidizing agent, ozone (O 3) may be used water vapor (H 2 O) in place of the gas.

オゾンガスの供給が所定時間行われた後、バルブ60bが閉じられ、オゾンガスのウエハ2への供給が停止される。このときも、バルブ57c、57eは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。   After the ozone gas is supplied for a predetermined time, the valve 60b is closed and the supply of the ozone gas to the wafer 2 is stopped. Also at this time, since the valves 57c and 57e remain open, the supply of the inert gas into the processing chamber 41 is maintained. The inert gas supplied to the processing chamber 41 is exhausted from the exhaust pipe 62. Thereby, the inside of the processing chamber 41 is purged with the inert gas, and the residual gas in the processing chamber 41 is removed (purge step).

処理室41内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、再び、バルブ67aが閉じられると共に、バルブ57aが開かれると、気化した第一原料ガスが不活性ガスと共にシャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。すわなち、第一原料ガス供給ステップが実施される。   After the residual gas purge in the processing chamber 41 is performed for a predetermined time, when the valve 67a is closed again and the valve 57a is opened, the vaporized first source gas together with the inert gas is in the first buffer space of the shower head 51. It is supplied onto the wafer 2 via 51c, the dispersion plate 51a, the second buffer space 51d, and the shower plate 51b. That is, the first source gas supply step is performed.

以上の第一原料ガス供給ステップ、パージステップ、第二原料ガス供給ステップ、パージステップ、酸化剤供給ステップおよびパージステップを1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を行うことにより、図5(c)に示されているように、ウエハ2表面に形成された界面層としてのシリコン酸化膜6上に高誘電率絶縁膜としての非晶質(アモルファス)のハフニウムアルミネート(HfAlO)膜7が形成される(高誘電率絶縁膜形成ステップ)。   The above-described first source gas supply step, purge step, second source gas supply step, purge step, oxidant supply step and purge step are taken as one cycle, and a cycle process for repeating this cycle a plurality of times is performed as shown in FIG. As shown in c), an amorphous hafnium aluminate (HfAlO) film 7 as a high dielectric constant insulating film is formed on the silicon oxide film 6 as an interface layer formed on the surface of the wafer 2. (High dielectric constant insulating film forming step).

なお、高誘電率膜形成ステップS106をサイクリックCVD法により行う場合には、成膜温度を原料ガスが自己分解する程度の温度帯となるように制御する。この場合、原料ガス供給ステップにおいては、原料ガスが熱分解し、ウエハ2上に数〜数十原子層程度の高誘電率膜が形成される。酸化剤供給ステップにおいては、酸化剤によりウエハ2上に形成された数〜数十原子層程度の高誘電率膜よりC、H等の不純物が除去される。   In the case where the high dielectric constant film forming step S106 is performed by the cyclic CVD method, the film forming temperature is controlled to be a temperature range in which the source gas is self-decomposed. In this case, in the source gas supply step, the source gas is thermally decomposed to form a high dielectric constant film of about several to several tens of atomic layers on the wafer 2. In the oxidizing agent supplying step, impurities such as C and H are removed from the high dielectric constant film of about several to several tens of atomic layers formed on the wafer 2 by the oxidizing agent.

また、高誘電率膜形成ステップS106をALD法により行う場合には、成膜温度を原料ガスが自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、原料ガス供給ステップにおいては、原料ガスはウエハ2上に吸着する。酸化剤供給ステップでは、ウエハ2上に吸着した原料と酸化剤とが反応することによりウエハ2上に1原子層未満程度の高誘電率膜が形成される。なお、このとき、酸化剤により高誘電率膜中に混入するC、H等の不純物を脱離させることができる。   Further, when the high dielectric constant film forming step S106 is performed by the ALD method, the film forming temperature is controlled so as to be a temperature range in which the source gas is not self-decomposed. In this case, the source gas is adsorbed onto the wafer 2 in the source gas supply step. In the oxidant supply step, the raw material adsorbed on the wafer 2 and the oxidant react to form a high dielectric constant film of less than one atomic layer on the wafer 2. At this time, impurities such as C and H mixed in the high dielectric constant film can be eliminated by the oxidizing agent.

サイクリックCVD法によりハフニウムアルミネート膜を成膜する処理条件としては、処理温度:390〜450℃、処理圧力:50〜400Pa、第一原料(TDMAHf)供給流量:0.01〜0.2g/分、第二原料(TMA)供給流量:0.01〜0.2g/分、酸化剤供給流量:100〜3000sccmが例示される。
また、ALD法によりハフニウムアルミネート膜を成膜する処理条件としては、処理温度:200〜350℃、処理圧力:50〜400Pa、第一原料(TDMAHf)供給流量:0.01〜0.2g/分、第二原料(TMA)供給流量:0.01〜0.2g/分、酸化剤供給流量:100〜3000sccmが例示される。
The processing conditions for forming a hafnium aluminate film by cyclic CVD are as follows: processing temperature: 390 to 450 ° C., processing pressure: 50 to 400 Pa, first raw material (TDMAHf) supply flow rate: 0.01 to 0.2 g / Minute, second raw material (TMA) supply flow rate: 0.01 to 0.2 g / min, oxidant supply flow rate: 100 to 3000 sccm.
The processing conditions for forming a hafnium aluminate film by the ALD method are as follows: processing temperature: 200 to 350 ° C., processing pressure: 50 to 400 Pa, first raw material (TDMAHf) supply flow rate: 0.01 to 0.2 g / Minute, second raw material (TMA) supply flow rate: 0.01 to 0.2 g / min, oxidant supply flow rate: 100 to 3000 sccm.

以上のようにして、図5(c)に示されているように、ウエハ2上に形成された界面層としてのシリコン酸化膜6上に高誘電率絶縁膜としてのハフニウムアルミネート(HfAlO)膜7が形成される。ハフニウムアルミネート膜の形成が終了すると、真空下での搬送ステップS108として、ゲートバルブ44が開かれ、成膜済みのウエハ2は負圧移載装置13によって第一処理ユニット31から負圧に維持された負圧移載室11に搬出(ウエハアンローディング)される。続いて、ゲートバルブ44が閉じられた後に、ゲートバルブ118が開かれ、負圧移載装置13はウエハ2を、図1に示された熱処理ステップを実施する第三処理ユニット33に搬送して、第三処理ユニット33の処理室へ搬入(ウエハローディング)する。   As described above, as shown in FIG. 5C, the hafnium aluminate (HfAlO) film as the high dielectric constant insulating film is formed on the silicon oxide film 6 as the interface layer formed on the wafer 2. 7 is formed. When the formation of the hafnium aluminate film is completed, the gate valve 44 is opened as a transfer step S108 in a vacuum, and the deposited wafer 2 is maintained at a negative pressure from the first processing unit 31 by the negative pressure transfer device 13. It is carried out (wafer unloading) to the negative pressure transfer chamber 11 thus formed. Subsequently, after the gate valve 44 is closed, the gate valve 118 is opened, and the negative pressure transfer device 13 transports the wafer 2 to the third processing unit 33 that performs the heat treatment step shown in FIG. Then, the wafer is loaded into the processing chamber of the third processing unit 33 (wafer loading).

本実施の形態においては、熱処理ステップを実施する第三処理ユニット33には、図4に示されたRTP(Rapid Thermal Processing)装置110が使用されている。
図4に示されているように、RTP装置110はウエハ2を処理する第2処理室としての処理室111を形成した筐体112を備えており、筐体112は上下面が開口した円筒形状に形成されたカップ113と、カップ113の上面開口部を閉塞する円盤形状のトッププレート114と、カップ113の下面開口部を閉塞する円盤形状のボトムプレート115とが組み合わされて円筒中空体形状に構築されている。カップ113の側壁の一部には排気口116が処理室111の内外を連通するように開設されており、排気口116には処理室111を大気圧未満(以下、負圧という)に排気し得る排気装置(図示せず)が接続されている。カップ113の側壁の排気口116と反対側の位置には、ウエハ2を処理室111に搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口117が開設されており、ウエハ搬入搬出口117はゲートバルブ118によって開閉されるようになっている。
In the present embodiment, RTP (Rapid Thermal Processing) apparatus 110 shown in FIG. 4 is used for third processing unit 33 that performs the heat treatment step.
As shown in FIG. 4, the RTP apparatus 110 includes a casing 112 in which a processing chamber 111 as a second processing chamber for processing the wafer 2 is formed. The casing 112 has a cylindrical shape with upper and lower surfaces opened. The cup 113 formed on the upper surface of the cup 113, the disk-shaped top plate 114 that closes the upper surface opening of the cup 113, and the disk-shaped bottom plate 115 that closes the lower surface opening of the cup 113 are combined into a cylindrical hollow body shape. Has been built. An exhaust port 116 is formed in a part of the side wall of the cup 113 so as to communicate with the inside and outside of the processing chamber 111. The processing chamber 111 is exhausted to less than atmospheric pressure (hereinafter referred to as negative pressure) through the exhaust port 116. The resulting exhaust device (not shown) is connected. A wafer loading / unloading port 117 for loading / unloading the wafer 2 into / from the processing chamber 111 is opened at a position opposite to the exhaust port 116 on the side wall of the cup 113, and the wafer loading / unloading port 117 is opened and closed by a gate valve 118. It has come to be.

ボトムプレート115の下面の中心線上には昇降駆動装置119が設置されており、昇降駆動装置119はボトムプレート115に挿通されてボトムプレート115に対して上下方向に摺動自在に構成された昇降軸120を昇降させるように構成されている。昇降軸120の上端には昇降板121が水平に固定されており、昇降板121の上面には複数本(通常は3本または4本)のリフタピン122が垂直に立脚されて固定されており、各リフタピン122は昇降板121の昇降に伴って昇降することにより、ウエハ2を下から水平に支持して昇降させるようになっている。   An elevating drive device 119 is installed on the center line of the lower surface of the bottom plate 115, and the elevating drive device 119 is inserted into the bottom plate 115 and is configured to be slidable in the vertical direction with respect to the bottom plate 115. It is comprised so that 120 may be raised / lowered. A lifting plate 121 is horizontally fixed to the upper end of the lifting shaft 120, and a plurality of (usually three or four) lifter pins 122 are vertically fixed and fixed to the upper surface of the lifting plate 121. Each lifter pin 122 moves up and down as the elevating plate 121 moves up and down, thereby supporting the wafer 2 horizontally from below and moving it up and down.

ボトムプレート115の上面における昇降軸120の外側には支持筒123が突設されており、支持筒123の上端面の上には冷却プレート124が水平に架設されている。冷却プレート124の上方には、複数本の加熱ランプから構成された第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126が下から順に配置されて、それぞれ水平に架設されており、第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126は第一支柱127および第二支柱128によってそれぞれ水平に支持されている。第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126の電力供給電線129はボトムプレート115を挿通して外部に引き出されている。   A support cylinder 123 protrudes outside the lifting shaft 120 on the upper surface of the bottom plate 115, and a cooling plate 124 is installed horizontally on the upper end surface of the support cylinder 123. Above the cooling plate 124, a first heating lamp group 125 and a second heating lamp group 126 composed of a plurality of heating lamps are arranged in order from the bottom, and are laid horizontally, respectively. The group 125 and the second heating lamp group 126 are horizontally supported by the first support 127 and the second support 128, respectively. The power supply wires 129 of the first heating lamp group 125 and the second heating lamp group 126 are inserted through the bottom plate 115 and drawn to the outside.

処理室111にはタレット131が処理室111と同心円に配置されている。タレット131は内歯平歯車133の上面に同心円に固定されており、内歯平歯車133はボトムプレート115に介設されたベアリング132によって水平に支承されている。内歯平歯車133には原動側平歯車134が噛合されており、原動側平歯車134はボトムプレート115に介設されたベアリング135によって水平に支承され、ボトムプレート115の下に設置されたサセプタ回転装置136によって回転駆動されるようになっている。タレット131の上端面の上には平板の円形リング形状に形成されたアウタプラットホーム137が水平に架設されており、アウタプラットホーム137の内側にはインナプラットホーム138が水平に架設されている。インナプラットホーム138の内周の下端部にはサセプタ140が、内周面の下端部に径方向内向きに突設された係合部139に係合されて保持されている。サセプタ140の各リフタピン122に対向する位置には挿通孔141がそれぞれ開設されている。   A turret 131 is disposed in the processing chamber 111 concentrically with the processing chamber 111. The turret 131 is concentrically fixed to the upper surface of the internal spur gear 133, and the internal spur gear 133 is supported horizontally by a bearing 132 interposed in the bottom plate 115. A drive side spur gear 134 is engaged with the internal spur gear 133. The drive side spur gear 134 is horizontally supported by a bearing 135 interposed in the bottom plate 115, and is a susceptor installed under the bottom plate 115. The rotating device 136 is rotationally driven. An outer platform 137 formed in a flat circular ring shape is horizontally installed on the upper end surface of the turret 131, and an inner platform 138 is horizontally installed inside the outer platform 137. A susceptor 140 is engaged with and held by an engaging portion 139 projecting radially inward from the lower end portion of the inner peripheral surface at the lower end portion of the inner periphery of the inner platform 138. Insertion holes 141 are formed at positions facing the lifter pins 122 of the susceptor 140.

トッププレート114にはアニールガス供給管142および不活性ガス供給管143が処理室111に連通するようにそれぞれ接続されている。また、トッププレート114には放射温度計のプローブ144が複数本、互いに半径方向にウエハ2の中心から周辺にかけてずらされてそれぞれ配置されてウエハ2の上面と対向するように挿入されており、放射温度計は複数本のプローブ144がそれぞれ検出した放射光に基づく計測温度をコントローラに逐次送信するように構成されている。トッププレート114の他の場所にはウエハ2の放射率を非接触にて測定する放射率測定装置145が設置されている。放射率測定装置145はレファレンスプローブ146を備えており、レファレンスプローブ146はレファレンスプローブ用モータ147によって垂直面内で回転されるようになっている。レファレンスプローブ146の上側には参照光を照射するレファレンスランプ148がレファレンスプローブ146の先端に対向するように設置されている。レファレンスプローブ146は放射温度計に光学的に接続されており、放射温度計はウエハ2からの光子密度とレファレンスランプ148からの参照光の光子密度とを比較することにより、計測温度を校正するようになっている。   An annealing gas supply pipe 142 and an inert gas supply pipe 143 are connected to the top plate 114 so as to communicate with the processing chamber 111. Further, a plurality of radiation thermometer probes 144 are respectively inserted in the top plate 114 so as to be shifted from each other in the radial direction from the center to the periphery of the wafer 2 so as to face the upper surface of the wafer 2. The thermometer is configured to sequentially transmit measured temperatures based on the radiated light respectively detected by the plurality of probes 144 to the controller. An emissivity measuring device 145 that measures the emissivity of the wafer 2 in a non-contact manner is installed at another location on the top plate 114. The emissivity measuring device 145 includes a reference probe 146, and the reference probe 146 is rotated in a vertical plane by a reference probe motor 147. On the upper side of the reference probe 146, a reference lamp 148 for irradiating the reference light is installed so as to face the tip of the reference probe 146. The reference probe 146 is optically connected to the radiation thermometer, which calibrates the measured temperature by comparing the photon density from the wafer 2 with the photon density of the reference light from the reference lamp 148. It has become.

次に、図1に示された熱処理ステップS110を、以上の構成に係るRTP装置を使用して、ウエハ2上に形成されたハフニウムアルミネート膜7にアニールを施す場合について説明する。すなわち、高誘電率絶縁膜を緻密化もしくは結晶化するステップについて説明する。   Next, the case where the heat treatment step S110 shown in FIG. 1 is annealed to the hafnium aluminate film 7 formed on the wafer 2 using the RTP apparatus having the above configuration will be described. That is, the step of densifying or crystallizing the high dielectric constant insulating film will be described.

ゲートバルブ118が開かれると、アニールを施すべきウエハ2は、第三処理ユニット33であるRTP装置110の処理室111に負圧移載装置13によってウエハ搬入搬出口117から搬入され、複数本のリフタピン122の上端間に移載される。ウエハ2をリフタピン122に移載した負圧移載装置13が処理室111の外へ退避すると、ウエハ搬入搬出口117がゲートバルブ118により閉じられる。また、昇降軸120が昇降駆動装置119によって下降されることにより、リフタピン122の上のウエハ2がサセプタ140の上に受け渡される。処理室111が気密に閉じられた状態で、処理室111内は10〜10000Paの範囲内の所定の圧力となるように排気口116を通じて排気される。また、処理室111内の酸素分圧は25000Pa以下、好ましくは1〜1000Pa程度の圧力に維持される。   When the gate valve 118 is opened, the wafer 2 to be annealed is loaded into the processing chamber 111 of the RTP apparatus 110 as the third processing unit 33 from the wafer loading / unloading port 117 by the negative pressure transfer device 13, and a plurality of wafers 2 are loaded. It is transferred between the upper ends of the lifter pins 122. When the negative pressure transfer device 13 that transfers the wafer 2 to the lifter pins 122 is retracted out of the processing chamber 111, the wafer loading / unloading port 117 is closed by the gate valve 118. Further, the lift shaft 120 is lowered by the lift drive device 119, whereby the wafer 2 on the lifter pins 122 is transferred onto the susceptor 140. With the processing chamber 111 closed in an airtight manner, the processing chamber 111 is exhausted through the exhaust port 116 so as to have a predetermined pressure in the range of 10 to 10000 Pa. The oxygen partial pressure in the processing chamber 111 is maintained at a pressure of 25000 Pa or less, preferably about 1 to 1000 Pa.

ウエハ2がサセプタ140に受け渡されると、ウエハ2をサセプタ140によって保持したタレット131が内歯平歯車133および原動側平歯車134を介してサセプタ回転装置136によって回転される。サセプタ140に保持されたウエハ2はサセプタ回転装置136によって回転されながら、600〜1050℃の範囲内の所定の温度となるように第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126によって急速に加熱され、そのまま処理温度に保持される。この回転および加熱中に、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが処理室111に、アニールガス供給管142から供給される。サセプタ140がサセプタ回転装置136によって回転されながら、サセプタ140の上に保持されたウエハ2は第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126によって均一に加熱されるため、ウエハ2上のハフニウムアルミネート膜7は全面にわたって均一にアニールされる。このアニールの処理時間は、5〜120秒間である。以上の熱処理ステップにより、図5(d)に示されているようにウエハ2には、緻密化若しくは結晶化されたハフニウムアルミネート膜8が形成される。以上の熱処理ステップ終了後、第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126による加熱を終了し、ウエハ2を急冷する。   When the wafer 2 is transferred to the susceptor 140, the turret 131 holding the wafer 2 by the susceptor 140 is rotated by the susceptor rotating device 136 via the internal spur gear 133 and the driving side spur gear 134. The wafer 2 held on the susceptor 140 is rapidly heated by the first heating lamp group 125 and the second heating lamp group 126 so as to reach a predetermined temperature in the range of 600 to 1050 ° C. while being rotated by the susceptor rotating device 136. And kept at the processing temperature as it is. During the rotation and heating, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas is supplied to the processing chamber 111 from the annealing gas supply pipe 142. Since the wafer 2 held on the susceptor 140 is uniformly heated by the first heating lamp group 125 and the second heating lamp group 126 while the susceptor 140 is rotated by the susceptor rotating device 136, the hafnium aluminum on the wafer 2. Nate film 7 is uniformly annealed over the entire surface. The annealing treatment time is 5 to 120 seconds. By the above heat treatment step, a densified or crystallized hafnium aluminate film 8 is formed on the wafer 2 as shown in FIG. After the above heat treatment step, the heating by the first heating lamp group 125 and the second heating lamp group 126 is finished, and the wafer 2 is rapidly cooled.

RTP装置110において予め設定された所定の処理時間が経過すると、処理室111が排気口116によって所定の負圧となるように排気された後に、真空下での搬送ステップS112として、ゲートバルブ118が開かれ、アニールが施されたウエハ2は、負圧移載装置13によって搬入時と逆の手順で処理室111から負圧移載室11に搬出(ウエハアンローディング)される。なお、このときウエハ2の温度は300〜400℃程度である。   When a predetermined processing time set in advance in the RTP apparatus 110 elapses, the processing chamber 111 is evacuated to a predetermined negative pressure through the exhaust port 116, and then the gate valve 118 is moved as a transfer step S112 under vacuum. The wafer 2 that has been opened and annealed is unloaded (wafer unloading) from the processing chamber 111 to the negative pressure transfer chamber 11 by the negative pressure transfer device 13 in the reverse order of loading. At this time, the temperature of the wafer 2 is about 300 to 400 ° C.

なお、界面層形成ステップ、高誘電率絶縁膜形成ステップ、熱処理ステップ実施後のウエハは、第一クーリングユニット35または第二クーリングユニット36が使用されて、必要に応じて冷却される場合もある。   The wafer after the interface layer forming step, the high dielectric constant insulating film forming step, and the heat treatment step may be cooled as necessary using the first cooling unit 35 or the second cooling unit 36.

クラスタ装置10での熱処理ステップ後の図1に示されたウエハアンローディングステップS114においては、搬出室15の負圧移載室11側がゲートバルブ18Bによって開かれ、負圧移載装置13はウエハ2を負圧移載室11から搬出室15へ搬送し、搬出室15の搬出室用仮置き台の上に移載する。この際には、事前に、搬出室15の正圧移載室16側がゲートバルブ18Aによって閉じられ、搬出室15が排気装置(図示せず)により負圧に排気される。搬出室15が予め設定された圧力値に減圧されると、搬出室15の負圧移載室11側がゲートバルブ18Bによって開かれ、ウエハアンローディングステップが行われることとなる。ウエハアンローディングステップ後に、ゲートバルブ18Bは閉じられる。   In the wafer unloading step S114 shown in FIG. 1 after the heat treatment step in the cluster apparatus 10, the negative pressure transfer chamber 11 side of the unloading chamber 15 is opened by the gate valve 18B, and the negative pressure transfer device 13 is connected to the wafer 2 Is transferred from the negative pressure transfer chamber 11 to the carry-out chamber 15 and transferred onto the temporary storage stand for the carry-out chamber in the carry-out chamber 15. At this time, the positive pressure transfer chamber 16 side of the carry-out chamber 15 is closed by the gate valve 18A in advance, and the carry-out chamber 15 is exhausted to a negative pressure by an exhaust device (not shown). When the unloading chamber 15 is depressurized to a preset pressure value, the negative pressure transfer chamber 11 side of the unloading chamber 15 is opened by the gate valve 18B, and a wafer unloading step is performed. After the wafer unloading step, the gate valve 18B is closed.

なお、上述の熱処理ステップS110の後の真空下での搬送ステップS112からウエハアンローディングステップS114においてウエハ2の温度が300〜400℃程度から室温程度になるまでの間、処理室111、負圧移載室11、搬出室15、第一クーリングユニット35及び第二クーリングユニット36内を真空かつ熱処理時と同等もしくはそれ以下の低酸素分圧に維持すると共に不活性ガス雰囲気とする。これによりアニールされたハフニウムアルミネート膜8は、室温程度の温度となるまで酸素の供給がない状態で保持される。このため、ハフニウムアルミネート膜8内には適度の量の酸素欠損が維持され、従来よりも高い誘電率を有するハフニウムアルミネート膜8が得られることとなる。なお、これらの圧力制御や雰囲気制御は、コントローラ37により行われる。ここで、ウエハ2の温度が室温程度となるまでの間の各室内の好ましい酸素分圧は、25000Pa以下、好ましくは1〜1000Pa程度である。   Note that, during the period from the transfer step S112 under vacuum after the heat treatment step S110 described above to the wafer unloading step S114 until the temperature of the wafer 2 reaches about 300 to 400 ° C. to about room temperature, the process chamber 111 and the negative pressure transfer are performed. The inside of the loading chamber 11, the carry-out chamber 15, the first cooling unit 35, and the second cooling unit 36 is maintained in a vacuum and at a low oxygen partial pressure that is equal to or lower than that during heat treatment and an inert gas atmosphere. Thus, the annealed hafnium aluminate film 8 is held in a state where oxygen is not supplied until the temperature reaches about room temperature. For this reason, an appropriate amount of oxygen vacancies is maintained in the hafnium aluminate film 8, and the hafnium aluminate film 8 having a higher dielectric constant than the conventional one can be obtained. Note that these pressure control and atmosphere control are performed by the controller 37. Here, the preferable oxygen partial pressure in each chamber until the temperature of the wafer 2 reaches about room temperature is 25000 Pa or less, preferably about 1 to 1000 Pa.

これらの動作により、ウエハ2には高い誘電率を有する緻密化もしくは結晶化されたハフニウムアルミネート膜8が形成される。   By these operations, a dense or crystallized hafnium aluminate film 8 having a high dielectric constant is formed on the wafer 2.

以上の作動が繰り返されることにより、搬入室14に一括して搬入された25枚のウエハ2について、図1に示された各ステップが順次に実施されて行く。25枚のウエハ2について一連の所定の処理が完了すると、処理済のウエハ2は搬出室15の仮置き台に溜められた状態になる。   By repeating the above operation, the steps shown in FIG. 1 are sequentially performed on the 25 wafers 2 that are collectively loaded into the loading chamber 14. When a series of predetermined processes are completed for the 25 wafers 2, the processed wafers 2 are stored on the temporary placement table in the carry-out chamber 15.

図1に示されたウエハ排出ステップS116においては、負圧かつ低酸素分圧に維持された搬出室15内に窒素ガスが供給され、搬出室15内が大気圧となった後に、搬出室15の正圧移載室16側が、ゲートバルブ18Aによって開かれる。次いで、載置台25に載置された空のポッド1のキャップが、ポッドオープナ24のキャップ着脱機構26によって開かれる。続いて、正圧移載室16の正圧移載装置19は搬出室15からウエハ2をピックアップして正圧移載室16に搬出し、正圧移載室16のウエハ搬入搬出口23を通してポッド1に収納(チャージング)して行く。処理済みの25枚のウエハ2のポッド1への収納が完了すると、ポッド1のキャップがポッドオープナ24のキャップ着脱機構26によってウエハ出し入れ口に装着され、ポッド1が閉じられる。   In the wafer discharge step S116 shown in FIG. 1, nitrogen gas is supplied into the unloading chamber 15 maintained at a negative pressure and a low oxygen partial pressure, and after the inside of the unloading chamber 15 reaches atmospheric pressure, the unloading chamber 15 The positive pressure transfer chamber 16 side is opened by the gate valve 18A. Next, the cap of the empty pod 1 mounted on the mounting table 25 is opened by the cap attaching / detaching mechanism 26 of the pod opener 24. Subsequently, the positive pressure transfer device 19 in the positive pressure transfer chamber 16 picks up the wafer 2 from the carry-out chamber 15 and carries it out to the positive pressure transfer chamber 16, and passes through the wafer loading / unloading port 23 in the positive pressure transfer chamber 16. The pod 1 is stored (charged). When the storage of the 25 processed wafers 2 in the pod 1 is completed, the cap of the pod 1 is attached to the wafer loading / unloading port by the cap attaching / detaching mechanism 26 of the pod opener 24 and the pod 1 is closed.

本実施の形態においては、クラスタ装置10における一連のステップが終了したウエハ2はポッド1に気密に収納された状態で、ゲート電極形成ステップS120を実施する成膜装置に、図1に示されたポッドの工程内搬送ステップS118により搬送されて行く。ゲート電極形成ステップを実施する成膜装置としては、例えば、バッチ式縦形ホットウォール形CVD装置、枚葉式ALD装置、枚葉式CVD装置等がある。   In the present embodiment, the wafer 2 that has undergone a series of steps in the cluster apparatus 10 is hermetically stored in the pod 1 and is shown in FIG. The pod is transported in the in-process transport step S118. Examples of the film forming apparatus that performs the gate electrode forming step include a batch type vertical hot wall type CVD apparatus, a single wafer type ALD apparatus, and a single wafer type CVD apparatus.

[実施例]
本発明の実施例におけるプロセスシーケンス例を図6に示す。図6(a)は、In−plane XRD測定用のサンプルを作成するためのプロセスシーケンスフローを示しており、図6(b)は、MOSキャパシタ用のサンプルを作成するためのプロセスシーケンスフローを示している。これらのプロセスシーケンスにより、上記各サンプルを作成した。図中のステップのうちSiO formation、HfAlO deposition、PDAが上述の実施形態における界面層形成ステップ(S104)、高誘電率絶縁膜形成ステップ(S106)、熱処理ステップ(S110)にそれぞれ対応している。本実施例では、これらのステップのうち、HfAlO deposition、PDAを上述の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び基板処理装置を用いて行った。すなわち、第1処理ユニット31である成膜装置40の処理室41にてHfAlO膜を所望の膜厚まで成膜し(HfAlO deposition)、その後、第3処理ユニット33であるRTP装置110の処理室111にてHfAlO膜を窒素雰囲気下で熱処理して結晶化させ(PDA)、ウエハ2の温度が室温程度となるまでの間はウエハ2のおかれる処理室111、負圧移載室11、搬出室15、第一クーリングユニット35及び第二クーリングユニット36内を真空、かつ、酸素分圧が低い状態(25000Pa以下)に維持した。なお、HfAlO膜の成膜ではハフニウム系プリカーサとしてTDMAHfを、アルミニウム系プリカーサとしてTMAを、酸化剤としてHOを用いた。
[Example]
An example of a process sequence in the embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 6A shows a process sequence flow for creating a sample for In-plane XRD measurement, and FIG. 6B shows a process sequence flow for creating a sample for a MOS capacitor. ing. Each of the above samples was prepared by these process sequences. Of the steps in the figure, SiO 2 formation, HfAlO deposition, and PDA correspond to the interface layer forming step (S104), the high dielectric constant insulating film forming step (S106), and the heat treatment step (S110) in the above embodiment, respectively. . In this example, among these steps, HfAlO deposition and PDA were performed using the semiconductor device manufacturing method and the substrate processing apparatus according to the above-described embodiment. That is, an HfAlO film is formed to a desired thickness in the processing chamber 41 of the film forming apparatus 40 that is the first processing unit 31 (HfAlO deposition), and then the processing chamber of the RTP apparatus 110 that is the third processing unit 33. The HfAlO film is crystallized by heat treatment in a nitrogen atmosphere at 111 (PDA), and the processing chamber 111 in which the wafer 2 is placed, the negative pressure transfer chamber 11, and the unloading until the temperature of the wafer 2 reaches about room temperature. The inside of the chamber 15, the first cooling unit 35, and the second cooling unit 36 was maintained in a vacuum and a low oxygen partial pressure (25000 Pa or less). In forming the HfAlO film, TDMAHf was used as the hafnium precursor, TMA was used as the aluminum precursor, and H 2 O was used as the oxidizing agent.

[比較例]
上述の実施例と同様に、上記各サンプル(In−plane XRD測定用サンプル、MOSキャパシタ用サンプル)を作成した。ただし、HfAlO deposition、PDAは次のように行った。すなわち、第1処理ユニット31である成膜装置40の処理室41にてHfAlO膜を所望の膜厚まで成膜し(HfAlO deposition)、その後、第3処理ユニット33であるRTP装置110の処理室111にてHfAlO膜を窒素雰囲気下で熱処理して結晶化させるが(PDA)、熱処理の後、ウエハの温度が室温程度となる前にウエハ2を大気に晒した。
[Comparative example]
Each sample (In-plane XRD measurement sample, MOS capacitor sample) was prepared in the same manner as in the above-described example. However, HfAlO deposition and PDA were performed as follows. That is, an HfAlO film is formed to a desired thickness in the processing chamber 41 of the film forming apparatus 40 that is the first processing unit 31 (HfAlO deposition), and then the processing chamber of the RTP apparatus 110 that is the third processing unit 33. The HfAlO film is crystallized by heat treatment in a nitrogen atmosphere at 111 (PDA), but after the heat treatment, the wafer 2 was exposed to the atmosphere before the wafer temperature reached about room temperature.

図7は、実施例及び比較例にかかるIn−plane XRD測定用サンプルにおけるIn−plane XRD分析結果を示す図である。
図8は、実施例及び比較例にかかるMOSキャパシタ用サンプルにおける容量―電圧特性の関係を示す図である。
図9は、実施例及び比較例にかかるMOSキャパシタ用サンプルにおけるEOTと物理膜厚の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the results of In-plane XRD analysis in In-plane XRD measurement samples according to Examples and Comparative Examples.
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the capacitance-voltage characteristics of the MOS capacitor samples according to the example and the comparative example.
FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between EOT and physical film thickness in the MOS capacitor samples according to the example and the comparative example.

図7のIn−plane XRD分析結果によれば、実施例の方法により形成されたHfAlO膜は、30度付近に一つのピークがあり、また、35度付近に二つめのピークがあることから、結晶構造としては正方晶もしくは立方晶である可能性が高いことが分かった。一方、比較例の方法により形成されたHfAlO膜は、28度および31.6度付近にピークがあることから結晶構造としては単斜晶である可能性が高いことが分かった。
また、図8に示す容量―電圧特性から、実施例の方法により形成されたHfAlO膜を絶縁膜として用いたMOSキャパシタから得られた容量は、比較例の方法により形成されたHfAlO膜を絶縁膜として用いたMOSキャパシタから得られた容量と比較すると高い容量値が得られたことが分かった。
さらに、図9に示すEOTと物理膜厚の関係から、実施例の方法により形成されたHfAlO膜の誘電率は約34となり、比較例の方法により形成されたHfAlO膜の誘電率の約3倍の誘電率が得られることが分かった。
According to the In-plane XRD analysis result of FIG. 7, the HfAlO film formed by the method of the example has one peak near 30 degrees and the second peak around 35 degrees. It was found that the crystal structure is likely to be tetragonal or cubic. On the other hand, since the HfAlO film formed by the method of the comparative example has peaks near 28 degrees and 31.6 degrees, it was found that the crystal structure is likely to be monoclinic.
Further, from the capacitance-voltage characteristics shown in FIG. 8, the capacitance obtained from the MOS capacitor using the HfAlO film formed by the method of the embodiment as the insulating film is the same as the capacitance obtained from the HfAlO film formed by the method of the comparative example. As compared with the capacitance obtained from the MOS capacitor used as a capacitor, it was found that a high capacitance value was obtained.
Further, from the relationship between EOT and physical film thickness shown in FIG. 9, the dielectric constant of the HfAlO film formed by the method of the example is about 34, which is about three times the dielectric constant of the HfAlO film formed by the method of the comparative example. It was found that a dielectric constant of

尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では枚葉式ウォームウォールタイプの高誘電率絶縁膜成膜装置(成膜装置40)と、ランプ加熱式急速昇降温熱処理装置(RTP装置110)をインテグレートした装置(クラスタ装置10)を用いて説明したが、本発明はこれに限らず、高誘電率絶縁膜成膜装置としては、枚葉式コールドウォールタイプの装置や枚葉式ホットウォールタイプの装置を用いる場合にも適用でき、さらには、高誘電率絶縁膜形成工程と熱処理工程を同一反応管内にて処理する場合にも適用できる。さらには、バッチ式ホットウォールタイプの装置にて高誘電率絶縁膜形成工程および熱処理工程を実施する場合にも適用できる。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, a device (cluster device 10) in which a single-wafer type warm wall type high dielectric constant insulating film forming device (film forming device 40) and a lamp heating rapid heating / cooling heat treatment device (RTP device 110) are integrated. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to the case where a single-wafer type cold wall type device or a single-wafer type hot wall type device is used as the high dielectric constant insulating film forming device. Furthermore, the present invention can be applied to the case where the high dielectric constant insulating film forming step and the heat treatment step are performed in the same reaction tube. Furthermore, the present invention can be applied to a case where a high dielectric constant insulating film forming step and a heat treatment step are performed in a batch type hot wall type apparatus.

尚、ゲート絶縁膜を形成するための高誘電率膜の形成材料としては、HfAlO以外に、HfSiO,HfSiON、Ta、Al、ZrO、HfAlOx、HfAlON、La、Y等がある。 In addition to HfAlO, as a material for forming a high dielectric constant film for forming a gate insulating film, HfSiO, HfSiON, Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfAlOx, HfAlON, La 2 O 3 , Y 2 O 3 etc.

本発明によれば、成膜したハフニウムアルミネート膜(HfAlO膜)等の高誘電率絶縁膜を結晶化する際、酸素分圧を極力少なくした状態にて結晶化させるための熱処理を実施し、その後ウエハ温度を室温に戻すまでの間も高誘電率絶縁膜を低酸素分圧下に保持する。これにより、高誘電率絶縁膜中の酸素欠損を適度に作りだし、結果、従来よりも高い誘電率を有する高誘電率絶縁膜を形成できる。   According to the present invention, when a high dielectric constant insulating film such as a formed hafnium aluminate film (HfAlO film) is crystallized, a heat treatment is performed to crystallize in a state where the oxygen partial pressure is reduced as much as possible. Thereafter, the high dielectric constant insulating film is kept under a low oxygen partial pressure until the wafer temperature is returned to room temperature. As a result, oxygen vacancies in the high dielectric constant insulating film are appropriately created, and as a result, a high dielectric constant insulating film having a higher dielectric constant than that of the prior art can be formed.

以下、本発明の好ましい態様について付記する。     Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

本発明の一態様によれば、基板上に高誘電率絶縁膜を形成する工程と、前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施す工程と、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時に前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a step of forming a high dielectric constant insulating film on a substrate, a step of subjecting the high dielectric constant insulating film to a heat treatment under vacuum, and the high dielectric constant insulating film after the heat treatment. Until the temperature reaches room temperature, the oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists is maintained equal to or lower than the oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists during the heat treatment. A semiconductor device manufacturing method is provided.

好ましくは、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を25000Pa以下とする。   Preferably, the oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists is set to 25000 Pa or less until the high dielectric constant insulating film after the heat treatment reaches room temperature.

また好ましくは、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を1〜1000Paとする。   Preferably, the oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists is set to 1 to 1000 Pa until the high dielectric constant insulating film after the heat treatment reaches room temperature.

本発明の他の態様によれば、基板上に高誘電率絶縁膜を形成する第1処理室と、基板に対し熱処理を施す第2処理室と、基板を保持する保持室と、前記第1処理室、前記第2処理室および前記保持室との間に設けられ、前記第1処理室、前記第2処理室および前記保持室との間で基板を搬送する搬送室と、前記搬送室内に設けられ基板を搬送する搬送ロボットと、基板を前記搬送ロボットにより前記第1処理室内に搬送し、前記第1処理室内で基板上に高誘電率絶縁膜を形成し、前記高誘電率絶縁膜が形成された基板を前記搬送ロボットにより前記第1処理室内から前記第2処理室内に搬送し、前記第2処理室内で前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施し、前記熱処理後の基板を前記搬送ロボットにより前記第2処理室内から前記保持室内に搬送し、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時における前記第2処理室内の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持するように制御するコントローラと、を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, a first processing chamber for forming a high dielectric constant insulating film on a substrate, a second processing chamber for performing a heat treatment on the substrate, a holding chamber for holding a substrate, and the first A transfer chamber provided between the processing chamber, the second processing chamber, and the holding chamber; and a transfer chamber for transferring a substrate between the first processing chamber, the second processing chamber, and the holding chamber; and the transfer chamber A transfer robot provided for transferring a substrate; and transferring the substrate into the first processing chamber by the transfer robot; forming a high dielectric constant insulating film on the substrate in the first processing chamber; The formed substrate is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber by the transfer robot, and the high dielectric constant insulating film is subjected to a heat treatment under vacuum in the second processing chamber, and the substrate after the heat treatment is performed. From the second processing chamber by the transfer robot. The oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film is present is transferred to the room until the high dielectric constant insulating film after the heat treatment reaches room temperature. There is provided a substrate processing apparatus comprising: a controller that controls to maintain the pressure equal to or less than the pressure.

2 ウエハ(基板)
10 クラスタ装置
11 負圧移載室
13 負圧移載装置
14 搬入室
15 搬出室
16 正圧移載室
31 第1処理ユニット
32 第2処理ユニット
33 第3処理ユニット
2 Wafer (substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cluster apparatus 11 Negative pressure transfer chamber 13 Negative pressure transfer apparatus 14 Carry-in chamber 15 Carry-out chamber 16 Positive pressure transfer chamber 31 1st processing unit 32 2nd processing unit 33 3rd processing unit

Claims (2)

基板上に高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施す工程と、
熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時に前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a high dielectric constant insulating film on the substrate;
Applying heat treatment to the high dielectric constant insulating film under vacuum;
The oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists until the high dielectric constant insulating film after the heat treatment reaches room temperature is the oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists during the heat treatment. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the semiconductor device is held equal to or less than
基板上に高誘電率絶縁膜を形成する第1処理室と、
基板に対し熱処理を施す第2処理室と、
基板を保持する保持室と
前記第1処理室、前記第2処理室および前記保持室との間に設けられ、前記第1処理室、前記第2処理室および前記保持室との間で基板を搬送する搬送室と、
前記搬送室内に設けられ基板を搬送する搬送ロボットと、
基板を前記搬送ロボットにより前記第1処理室内に搬送し、前記第1処理室内で基板上に高誘電率絶縁膜を形成し、前記高誘電率絶縁膜が形成された基板を前記搬送ロボットにより前記第1処理室内から前記第2処理室内に搬送し、前記第2処理室内で前記高誘電率絶縁膜に対し真空下で熱処理を施し、前記熱処理後の基板を前記搬送ロボットにより前記第2処理室内から前記保持室内に搬送し、熱処理後の前記高誘電率絶縁膜が室温となるまでの間、前記高誘電率絶縁膜が存在する空間の酸素分圧を、前記熱処理時における前記第2処理室内の酸素分圧と同等もしくはそれ以下に保持するように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
A first processing chamber for forming a high dielectric constant insulating film on the substrate;
A second processing chamber for performing heat treatment on the substrate;
A holding chamber for holding a substrate and the first processing chamber, the second processing chamber, and the holding chamber are provided between the first processing chamber, the second processing chamber, and the holding chamber. A transfer chamber for transferring;
A transfer robot provided in the transfer chamber for transferring a substrate;
The substrate is transferred into the first processing chamber by the transfer robot, a high dielectric constant insulating film is formed on the substrate in the first processing chamber, and the substrate on which the high dielectric constant insulating film is formed is transferred by the transfer robot. The substrate is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber, the high dielectric constant insulating film is heat-treated in vacuum in the second processing chamber, and the substrate after the heat treatment is transferred to the second processing chamber by the transfer robot. The oxygen partial pressure in the space where the high dielectric constant insulating film exists is transferred to the second processing chamber during the heat treatment until the high dielectric constant insulating film after the heat treatment reaches room temperature. A controller that controls the oxygen partial pressure to be equal to or less than
A substrate processing apparatus comprising:
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